面向星载计算机的容错并行算法研究与实现

发布时间：2020-04-01 13:10

【摘要】：星载计算机是卫星进行星务管理和有效载荷计算的核心设备。空间应用需求的增长使多CPU并行成为星载计算机的未来发展方向。在空间运行期间,由于星载计算机设备将一直处于宇宙空间带电粒子构成的辐射环境中,周围的高温、高真空以及强辐射等会造成星载计算机出现瞬时故障或是永久故障而影响卫星业务的正常运行,因此容错技术一直是星载计算机研制领域的研究热点。作为容错技术的重要分支,软件容错为提高系统的可靠性提供了灵活有效的方法。本文在分析研究现有容错技术的基础上,运用应用级软件容错的手段来容忍硬件的故障,能有效提高星载系统的可靠性。本文主要完成的工作描述如下: 1、面向星载并行计算机易出现的单节点故障,基于并行复算的思想提出了容错并行算法的概念,并且给出了容错并行算法的设计流程:首先进行程序段的划分,其次设计故障检测段和数据保存段,最后设计复算程序段。通过分析星载并行计算机的结构特点和应用模式,有针对性地提出了两种容错并行算法的实现方式:分配任务型和启动替换进程型。 2、根据容错并行算法的设计流程和两种不同的容错实现方式,选取NPB(NAS parallel Benchmark)基准测试程序集基于MPI(Message Passing Interface)通信接口进行了相应的容错设计,并在四核微机平台上进行了测试,实验结果验证了容错并行算法的可行性。 3、面向星载计算机的容错并行算法是一种在应用级的利用软件容错来解决硬件故障的方法,其设计思路和实现方式能否得到实际应用还需要进一步进行工程化实验,并在真实的硬件环境下进行验证性的测试。在深入研究嵌入式操作系统VxWorks的通信原理和通信方式的基础上,对基于MPI消息传递接口实现的容错并行算法进行工程化改造,并在VxWroks模拟器和实际的4节点并行原理样机上进行了功能和性能测试,实验结果表明容错并行算法在提高应用程序性能的同时可有效提高系统的可用性和可靠性。
【图文】：

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国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文故障（不在同一时间）。矩阵乘算法的运行 I)*C+m*(R+d)。容错的时间开销为：ftT=(t/I)*C+m*(R+d上面的公式计算分析：矩阵乘算法在使用 checkpointing 方法几个特点：常的计算过程中需要定期进行数据的保存，增加了算法运行次故障发生时，所有进程回滚到最近一次的检测点状态，然eckpointing 方法随着计算的规模增大，其容错的开销增大。

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checkpointing 技术矩阵乘算法出现一个进程故障时的使用基于并行复算的容错方法，在没有故障发，程序运算时间为：T=t 。在算法的运算过程永久性），，每出现一个次故障，系统会减少一销，容错的开销为：rT=m/(n-m) 。容错矩阵(n-m) ，容错的时间开销为：fT=t*m/(n-m)的工作过程。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP302.8

【参考文献】